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從最基礎(chǔ)的形式來看，完整的音頻信號路徑會獲取聲能并將其轉(zhuǎn)換為電能，以便進行路由、處理、進一步放大，隨后再轉(zhuǎn)換回聲能，具體步驟如下：
聲源在空氣中產(chǎn)生聲波振動。
- 麥克風(fēng)將振動轉(zhuǎn)換為電信號。
- 信號最終傳輸至輸出設(shè)備（如耳機或揚聲器 ）。
- 輸出設(shè)備將電信號轉(zhuǎn)換回聲波。
這種能量從一種形式到另一種形式的轉(zhuǎn)換被稱為 “換能（transduction）” 。麥克風(fēng)是一種換能器 —— 它將聲能轉(zhuǎn)換為電能。揚聲器也是一種換能器 —— 它將電能轉(zhuǎn)換回聲能。這意味著在電聲信號路徑的兩端都可以有換能器。 了解麥克風(fēng)的構(gòu)造、預(yù)期用途，及其指向性、靈敏度、頻率響應(yīng)和阻抗特性，有助于你針對不同情況挑選合適的麥克風(fēng)。 麥克風(fēng)有多種類型、尺寸和構(gòu)造。碳粒麥克風(fēng)曾廣泛應(yīng)用于電話。此外，還有陶瓷麥克風(fēng)、光纖麥克風(fēng)、激光麥克風(fēng)、壓電麥克風(fēng)、鋁帶麥克風(fēng)、動圈麥克風(fēng)、微機電系統(tǒng)（MEMS）麥克風(fēng)、電容麥克風(fēng)和駐極體麥克風(fēng)，每種類型都有其特定的應(yīng)用場景和特性。動圈式麥克風(fēng)（Dynamic Microphones） 在動圈式麥克風(fēng)（話筒）中，你會發(fā)現(xiàn)有一個線圈（導(dǎo)體）連接在振膜上，并置于永久磁場中。聲壓波會使振膜前后運動，從而帶動與之相連的線圈運動。 當振膜和線圈組件運動時，會切割穿過線圈的磁力線，在線圈中感應(yīng)出電壓。感應(yīng)出的電壓與聲壓成正比，進而產(chǎn)生電音頻信號。該信號的強度很小，被稱為 “話筒電平信號” 。 動圈式麥克風(fēng)用于許多場景，因為它們經(jīng)濟實惠且耐用，能夠承受高聲壓級。而且，由于它們不需要電源，用途非常廣泛。電容式麥克風(fēng)（Condenser Microphones） 在電學(xué)研究中，若有兩個帶相反電荷（極化）的導(dǎo)體被絕緣體隔開，兩個導(dǎo)體之間會存在電場。存儲在兩個導(dǎo)體之間的電位電荷（電壓）數(shù)量，會根據(jù)導(dǎo)體間的距離、導(dǎo)體的表面積，以及兩個導(dǎo)體間絕緣材料的介電強度而變化。利用這一原理的電子元件被稱為電容器。 電容式麥克風(fēng)（示例見圖 4 - 6 ）包含一個導(dǎo)電振膜和一個導(dǎo)電背板。空氣作為絕緣體，將振膜和背板隔開。需要用電極來施加正負電荷，從而在振膜和背板之間產(chǎn)生電場。 聲壓波使振膜前后運動，進而改變振膜與背板之間的距離（間距 ）。隨著距離改變，存儲在振膜與背板之間的電荷數(shù)量（即電容 ）也會改變。這種電容的變化會產(chǎn)生電信號。 電容式麥克風(fēng)輸出的信號強度，不如典型動圈式麥克風(fēng)輸出的話筒電平信號強。為增強信號，電容式麥克風(fēng)內(nèi)置了一個前置放大器，由用于給麥克風(fēng)極板充電的同一電源供電。該前置放大器會將電容式麥克風(fēng)內(nèi)的信號放大到話筒電平，但不要與調(diào)音臺中的麥克風(fēng)前置放大器混淆。 為電容器元件充電并驅(qū)動前置放大器的電源，可以是麥克風(fēng)本體內(nèi)置的電池、外接的市電供電設(shè)備，也可以來自外部的幻象電源系統(tǒng)。 由于電容式麥克風(fēng)所用的振膜質(zhì)量通常比其他類型麥克風(fēng)的振膜質(zhì)量小，所以電容式麥克風(fēng)往往比其他類型更靈敏，對高頻聲音響應(yīng)更佳，整體頻率響應(yīng)范圍也更寬。駐極體麥克風(fēng)（Electret Microphone） 駐極體麥克風(fēng)是電容式麥克風(fēng)的一種。它的名稱源于應(yīng)用在麥克風(fēng)振膜或背板上的預(yù)極化材料，即 “駐極體” 。 駐極體為電容器結(jié)構(gòu)的一側(cè)提供永久、固定的電荷。這種永久電荷省去了為典型電容式麥克風(fēng)供電所需的較高電壓。這使得駐極體麥克風(fēng)可用小型電池或常規(guī)幻象電源供電。駐極體麥克風(fēng)體積小巧，適用于多種用途，覆蓋不同質(zhì)量等級。微機電系統(tǒng)（MENS）麥克風(fēng)（MEMS Microphone） 微機電系統(tǒng)（MEMS）麥克風(fēng)屬于一類機械裝置，可直接構(gòu)建在硅芯片上，采用的沉積和蝕刻工藝與制造微處理器及存儲系統(tǒng)的工藝相同。它們是微型機械裝置，能直接與芯片的純電子電路集成。在視聽（AV）領(lǐng)域，最知名的此類裝置是用于數(shù)字光處理（DLP）投影儀中進行光切換的數(shù)字微鏡器件（DMD） 。目前，許多其他 MEMS 裝置已得到廣泛商用，如加速度計、氣壓傳感器、陀螺儀、光開關(guān)、噴墨泵，甚至還有麥克風(fēng)。 采用 MEMS 技術(shù)制造的麥克風(fēng)，一般是電容式麥克風(fēng)或壓電式麥克風(fēng)（電信號由晶體的機械運動產(chǎn)生 ）的變體。盡管其極小的尺寸意味著 MEMS 麥克風(fēng)的靈敏度并非特別高，尤其是在低頻段，但 MEMS 麥克風(fēng)的巨大優(yōu)勢在于可構(gòu)建成陣列以提高靈敏度，并且能夠與負責(zé)增益和頻率補償管理的放大器及信號處理器集成在同一芯片上。芯片上的處理過程可包含模數(shù)轉(zhuǎn)換，從而制造出具備直接數(shù)字輸出的麥克風(fēng)。此外，在專門的 MEMS 麥克風(fēng)、智能手機、智能音箱、平板電腦、虛擬現(xiàn)實頭戴設(shè)備以及可穿戴設(shè)備中，都可能集成包含麥克風(fēng)、加速度計和陀螺儀等一系列 MEMS 裝置及其相關(guān)處理電路的芯片。定義幻象電源（Defining Phantom Power） 幻象電源是用于為包括電容式麥克風(fēng)在內(nèi)的各類音頻設(shè)備供電的遠程電源，通常為 12V 至 48V 直流，48V 最為常見。正電壓會均勻施加到平衡音頻電路的兩根信號導(dǎo)線上，電源電路則通過電流經(jīng)線纜屏蔽層返回完成閉合。由于電壓均勻施加在兩根信號導(dǎo)線上，所以不會對傳輸?shù)囊纛l信號產(chǎn)生影響，也不會損壞動圈式麥克風(fēng)。 幻象電源通常可從音頻調(diào)音臺獲取，可在單個麥克風(fēng)輸入處開關(guān)，可為多組麥克風(fēng)通道啟用，也可通過調(diào)音臺上的單個開關(guān)，實現(xiàn)所有麥克風(fēng)輸入的幻象電源啟用。若音頻調(diào)音臺無法提供幻象電源，可使用與麥克風(fēng)串聯(lián)的獨立幻象電源。麥克風(fēng)的物理設(shè)計與布置（Microphone Physical Design and Placement）無論是動圈式、電容式、駐極體式還是其他類型的麥克風(fēng)，都有多種構(gòu)造形式以滿足不同用途，以下是一些常見的麥克風(fēng)構(gòu)造類型：手持式（Handheld）：主要用于語音或歌唱。由于會頻繁移動，手持式麥克風(fēng)內(nèi)置防震裝置以減少操作噪聲。表面安裝或邊界式（Surface mount or boundary）：這類麥克風(fēng)設(shè)計為直接安裝在堅硬的邊界或表面上，如會議桌、舞臺地板、墻壁，有時也安裝在天花板上。安裝表面的聲學(xué)反射特性會影響麥克風(fēng)的性能。通常，將麥克風(fēng)安裝在天花板上效果最差，因為聲源距離預(yù)期聲源（如參會人員 ）更遠，且更靠近其他噪聲源（如天花板安裝的投影儀和暖通空調(diào)通風(fēng)口 ）。鵝頸式（Gooseneck）：最常用于講臺，有時也用于會議桌，這種麥克風(fēng)連接在可彎曲的桿上。桿的長度各異。有防震裝置可將麥克風(fēng)與桌子或講臺的振動隔離開。槍式（強指向性）（Shotgun）：因外形及長而窄的指向性圖案得名，最常用于電影、電視和現(xiàn)場制作工作。可將槍式麥克風(fēng)連接到長吊桿（釣竿式吊桿 ）、由吊桿操作員操作的演播室吊桿，或攝像機頂部。樂器麥克風(fēng)（Instrument）：這類麥克風(fēng)用于拾取樂器的聲音，可直接拾取原聲樂器，也可從放大樂器的揚聲器箱體拾取。其類型通常為電容式或動圈式，取決于樂器發(fā)出聲音的響度、動態(tài)范圍和頻率。有些專用樂器換能器采用直接機械或磁性拾音方式。領(lǐng)夾式和頭戴式麥克風(fēng)（Lavalier and headmic）：這類麥克風(fēng)由用戶佩戴，常見于電視和戲劇制作。領(lǐng)夾式麥克風(fēng)（也叫 “l(fā)av” 或 “l(fā)apel mic” ）通常直接夾在衣物上，如領(lǐng)帶或翻領(lǐng)。頭戴式麥克風(fēng)則通過細短桿固定在耳部周圍。由于尺寸、外觀和顏色至關(guān)重要，領(lǐng)夾式和頭戴式麥克風(fēng)多為駐極體麥克風(fēng)。波束形成陣列麥克風(fēng)（Beamforming array）：波束形成陣列包含多個麥克風(fēng)單元，通常是電容式麥克風(fēng)振膜或 MEMS 麥克風(fēng)。這些單元以不同形狀排列成陣列，通過數(shù)字信號處理系統(tǒng)連接，形成可電子調(diào)控的窄波束圖案，能在拾取目標聲音的同時抑制環(huán)境噪聲。陣列麥克風(fēng)可方便地安裝在墻面、桌面或天花板（如圖 4 - 7 所示 ），主要用于會議室、會議空間、桌面和講臺。麥克風(fēng)指向性圖案（Microphone Polar Patterns） 挑選麥克風(fēng)時需關(guān)注的特性之一是其指向性圖案（polar pattern） 。指向性圖案描述了麥克風(fēng)的指向能力，即麥克風(fēng)在特定方向拾取目標聲音，同時抑制其他方向無關(guān)聲音的能力。 指向性圖案由麥克風(fēng)最靈敏的方向范圍來界定。這些圖案有助于你確定針對特定用途應(yīng)選用哪種麥克風(fēng)類型。有時你希望麥克風(fēng)能拾取來自各個方向的聲音（如采訪場景 ），有時則不希望拾取麥克風(fēng)周圍其他聲源的聲音（如人們的交談聲或紙張的沙沙聲 ）。指向性圖案也被稱為拾音圖案或麥克風(fēng)的指向性（directionality） 。當麥克風(fēng)抑制來自非目標方向的聲音時，也有助于減少音響系統(tǒng)中潛在的反饋。以下是常見的指向性圖案：全向型（Omnidirectional）：在所有方向上均勻拾音。心形（單向）型（Cardioid（unidirectional））：主要從麥克風(fēng)前方（心形圖案的一個方向 ）拾音。會抑制側(cè)面?zhèn)鱽淼穆曇簦瑢溈孙L(fēng)后方聲音的抑制效果最明顯。“cardioid（心形 ）” 一詞源于其心形的指向性圖案。超心形型（Hypercardioid）：是心形的一種變體，比常規(guī)心形指向性更強，因為它更多地抑制側(cè)面聲音。但代價是會直接拾取到麥克風(fēng)后方的部分聲音。超心形（Supercardioid）：這種類型比超心形指向性更好，對側(cè)面聲音的抑制更出色，同時比超心形拾取更多后方聲音。雙向型（Bidirectional）：在相反方向上拾音效果相同，側(cè)面拾音很少或幾乎沒有。由于其指向性圖案形狀，有時也被稱為 8 字形圖案（figure-eight pattern）。圖 4 - 8 展示了各類麥克風(fēng)指向性圖案。麥克風(fēng)靈敏度（Microphone Sensitivity） 衡量麥克風(fēng)性能的一項指標是其靈敏度規(guī)格。它定義了在給定參考聲音輸入電平下，麥克風(fēng)的電輸出信號電平。簡單來說，靈敏度體現(xiàn)了麥克風(fēng)將聲能轉(zhuǎn)換為電能的效率。 若將兩種不同類型的麥克風(fēng)置于相同聲壓級環(huán)境中，靈敏度更高的麥克風(fēng)會輸出更高的電信號，而靈敏度較低的麥克風(fēng)輸出則更低。一般而言，電容式麥克風(fēng)的靈敏度高于動圈式麥克風(fēng)。 這是否意味著靈敏度低的麥克風(fēng)質(zhì)量較差呢？并非如此。麥克風(fēng)是為特定用途設(shè)計和選用的。例如，專業(yè)歌手通常近距離使用麥克風(fēng)，會產(chǎn)生很高的聲壓級。相比之下，站在講臺后、距離麥克風(fēng)一兩英尺的演講者產(chǎn)生的聲壓級要低得多。對于歌手，動圈式麥克風(fēng)可能是最佳選擇，因為它通常能處理更高的聲壓級而不失真，同時還能提供足夠的電輸出。而演講者使用的麥克風(fēng)距離比歌手遠，使用更靈敏的麥克風(fēng)無疑會更受益。 1 帕（Pa）的壓力相當于 94 分貝聲壓級（SPL）。在此示例中，若向麥克風(fēng)輸入 94dB SPL 的聲音，會得到 - 54.5dBV 的電輸出信號。 盡管大多數(shù)制造商以 94dB SPL 作為參考輸入電平，但你也可能會看到以 74dB SPL（0.1Pa）作為參考的情況。使用不同的輸入?yún)⒖茧娖剑@然會產(chǎn)生不同的輸出電平。麥克風(fēng)頻率響應(yīng)（Microphone Frequency Response） 衡量麥克風(fēng)性能的另一項重要指標是其頻率響應(yīng)。它定義了麥克風(fēng)在可聽頻譜范圍內(nèi)的電輸出電平，進而有助于確定單個麥克風(fēng)的聲音表現(xiàn)。 麥克風(fēng)的頻率響應(yīng)給出了它能夠轉(zhuǎn)換的頻率范圍，從最低到最高。它常以電輸出隨頻率變化的二維圖表形式呈現(xiàn)，如圖 4 - 9 所示。展示麥克風(fēng)指向性和頻率響應(yīng)特性的圖形表示被稱為極坐標圖（polar plot） 。 對于指向性麥克風(fēng)，整體頻率響應(yīng)在軸向上（直接朝向麥克風(fēng)正面 ）表現(xiàn)最佳。當使用指向性麥克風(fēng)偏離軸向時，不僅聲音會減弱，頻率響應(yīng)也會發(fā)生變化。麥克風(fēng)阻抗（Microphone Impedance） 若要讓麥克風(fēng)發(fā)揮作用，必須將其連接到其他設(shè)備上。如何判斷麥克風(fēng)與所連接的設(shè)備是否兼容呢？ 你必須考慮的另一項麥克風(fēng)規(guī)格是其輸出阻抗。阻抗是對交流（AC）電路中電子流動的阻礙作用（音頻信號屬于交流電路 ）。電阻則是對直流（單向 ）電路中電流流動的阻礙作用。阻抗和電阻的度量單位都是歐姆（Ω） 。 在電話和真空管早期，為實現(xiàn)最大功率傳輸，需使輸出阻抗與輸入阻抗匹配。現(xiàn)代音頻系統(tǒng)采用最大電壓傳輸，為此，設(shè)備輸出阻抗應(yīng)是所連接設(shè)備輸入阻抗的十分之一或更小。如專業(yè)麥克風(fēng)輸出阻抗應(yīng)≤200Ω ，與之適配的輸入設(shè)備輸入阻抗需≥2kΩ 。
專業(yè)麥克風(fēng)屬低阻抗，低阻抗麥克風(fēng)抗噪性強，相較高阻抗麥克風(fēng)，可支持更長電纜傳輸。無線麥克風(fēng)（Wireless Microphones） 無線麥克風(fēng)有時也叫 “無線電麥克風(fēng)（radio mics）” ，它用射頻（RF）傳輸替代麥克風(fēng)線纜，與音頻系統(tǒng)的其他部分連接，部分無線系統(tǒng)則采用紅外（IR）傳輸。 對于手持式麥克風(fēng)，標準麥克風(fēng)外殼常與發(fā)射器頂部集成，麥克風(fēng)外殼和發(fā)射器制成一個整體。有時，也會將小型插頭式發(fā)射器插入普通手持式麥克風(fēng)的輸出接口。 在免提應(yīng)用中，領(lǐng)夾式或頭戴式麥克風(fēng)會插入腰包式發(fā)射器（如圖 4 - 10 所示 ）。腰包式發(fā)射器可夾在皮帶上，或放在口袋、 pouch（小袋 ）里。射頻傳輸?shù)牧硪欢耸钦{(diào)至發(fā)射器特定頻率的接收器。 大多數(shù)射頻（RF）無線麥克風(fēng)允許你從一系列可用頻率中進行選擇，以避免來自外部源的干擾，以及來自其他可能正在使用的無線設(shè)備的串擾或互調(diào)失真。一些射頻系統(tǒng)采用擴頻、跳頻技術(shù)，以最大程度減少發(fā)射器之間的串擾并防止被竊聽。數(shù)字無線鏈路的使用越來越多，用于確保隱私并消除射頻信號噪聲即便最優(yōu)質(zhì)的無線麥克風(fēng)鏈路，在可靠性和抗噪聲能力方面，也不及標準麥克風(fēng)線纜。頻譜管理（Spectrum Management） 協(xié)調(diào)分配給無線麥克風(fēng)系統(tǒng)、無線耳內(nèi)監(jiān)聽系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及視聽安裝和運營中涉及的眾多其他無線技術(shù)的頻率，至關(guān)重要。全頻譜頻率分配計劃是任何視聽安裝或制作的重要組成部分。該計劃必須考慮當?shù)仡l率分配法規(guī)，如第 10 章 “無線電頻率分配” 部分所述 。麥克風(fēng)線纜與連接器（Microphone Cables and Connectors） 麥克風(fēng)及其他輸入設(shè)備通過線纜和連接器與音頻調(diào)音臺相連。專業(yè)麥克風(fēng)線纜采用屏蔽雙絞線，包含以下部分：
- 一對細規(guī)格、絕緣、多股絞合的銅線（導(dǎo)體），絞合以實現(xiàn)共模噪聲抑制。
通常，屏蔽雙絞線的兩端采用行業(yè)標準的三芯 XLR 連接器端接，麥克風(fēng)端為插座（母連接器），處理端為插頭（公連接器）。 當同一位置間需要多個音頻電路（如演示點與調(diào)音臺之間 ），會使用多芯雙絞線（常稱 “蛇形線纜” ）。音頻多芯線纜可在每個麥克風(fēng)電路的獨立 XLR 插頭和插座端接，也可用集成所有電路的多針連接器，或在含面板安裝連接器的出線盒端接，每個電路對應(yīng)一個連接器。音頻信號電平（Audio Signal Levels） 你已學(xué)會如何選擇合適的麥克風(fēng)并進行連接，接下來該做什么呢？首先，了解一些與音頻信號相關(guān)的術(shù)語。
專業(yè)線路電平（Line level, professional）
：專業(yè)音頻系統(tǒng)中，線路電平約為 1V 。電壓測量常以 1kHz 下 600Ω 阻抗電路為參考。線路電平是進行所有信號路由和處理的電平。消費級線路電平（Line level, consumer）
：消費類設(shè)備中的線路電平低于專業(yè)環(huán)境，僅為 316mV 。電壓測量常以 1kHz 下 10kΩ 阻抗電路為參考。消費級線路電平常用 3.5mm（1/8 英寸）立體聲插孔插頭或 RCA（唱機）連接器識別。揚聲器電平（Loudspeaker level）
：信號經(jīng)路由和處理后，會送至功率放大器進行最終放大，達到揚聲器電平。揚聲器將放大后的電信號轉(zhuǎn)換為聲能。大型場館系統(tǒng)的揚聲器饋電電路，電流可達數(shù)十安，電壓為數(shù)十伏 。
信號電平兼容性（Signal Level Compatibility） 搭建系統(tǒng)時，需確保系統(tǒng)組件相互兼容。比如，把麥克風(fēng)直接插入功率放大器輸入，聲音小，因話筒電平信號弱；功率放大器輸出接期望話筒 / 線路電平的設(shè)備，會損壞組件。 麥克風(fēng)直插有源音箱呢？有些公司生產(chǎn)有源音箱，集成立即設(shè)置、便攜性好。有源音箱內(nèi)置之前提到的信號處理電路，若有麥克風(fēng)輸入，就有話放，內(nèi)部處理為線路電平，還內(nèi)置功率放大器驅(qū)動音箱 。信號電平調(diào)整（Signal Level Adjustments） 處理信號電平時，可能需改變電平，以提供更高電壓信號，或避免因信號電壓過高導(dǎo)致失真。以下是信號電平調(diào)整相關(guān)術(shù)語：
- 增大信號電平叫 “增加增益（adding gain）”，指對信號施加的放大程度。
- 減小信號電平叫 “衰減（attenuation）” 。
- 對信號電平的調(diào)整叫 “增益調(diào)整（gain adjustments）” 。
- “增益控制（gain control）” 指調(diào)整信號電平的總體能力。
- 對信號既不增益也不衰減，叫 “單位增益（unity gain）”，即信號通過音頻系統(tǒng)時電平無變化 。
我們已回顧了聲音捕捉的基礎(chǔ)知識，接下來將了解用于處理音頻信號的設(shè)備。這些設(shè)備種類繁多，涵蓋從均衡器到功率放大器等各類器材 。 從最基本形式看，音頻系統(tǒng)一端有聲音源，另一端是聲音的接收端。幾乎在所有情況下，聲源都不止一個。 音頻技術(shù)人員要處理多樣且多變的聲源。比如音樂會中多個演奏樂器的樂手；播放設(shè)備如 CD、DVD、MP3 播放器或媒體服務(wù)器；會議中的多名參與者；戲劇表演里的多位演員。所有這些信號都匯聚到音頻調(diào)音臺。 所有音頻混音器的作用相同：合并、控制、路由，還可能處理來自多個輸入的音頻信號，再輸出到多個端。通常，輸入數(shù)量多于輸出數(shù)量。 音頻混音器常以可用輸入和輸出數(shù)量來區(qū)分。比如，8 進 2 出的調(diào)音臺有 8 個輸入和 2 個輸出。每個輸入的話筒或線路電平信號進入各自通道。許多調(diào)音臺通過主母線或輔助母線，提供單個通道的均衡調(diào)整以及多種信號路由功能。 音頻混音器也常被稱為混音控制臺、音頻控制臺或調(diào)音桌。 無論大小和復(fù)雜程度如何，只要混音器接收話筒電平輸入，就會有話筒前置放大器。一旦話筒電平被話放放大到線路電平，就能被調(diào)音臺的其他部分處理。 在輸入和輸出之間，典型的音頻混音器有多個增益調(diào)節(jié)級，用于調(diào)整。這些調(diào)整讓控制臺操作員能平衡或混合音頻源，為聽眾營造合適的聲音平衡。 有些音頻混音器能自動打開和關(guān)閉話筒通道，像開關(guān)一樣，這類叫門控自動調(diào)音臺。還有些會提升正在使用的話筒通道音量，衰減（或靜音）未使用的通道，類似音量旋鈕，這類叫增益共享自動調(diào)音臺。用于自動混音的通道應(yīng)僅用于語音。其他聲源如音樂，不應(yīng)設(shè)為自動混音。大多數(shù)應(yīng)用，尤其是音樂，需要現(xiàn)場操作員干預(yù)才能實現(xiàn)可接受的混音。 有多種類型的處理器可優(yōu)化音頻信號，需根據(jù)使用目的和聽音環(huán)境來確定所需類型。常見的處理器包括限制器、壓縮器、擴展器、噪聲門和濾波器 。這些都是音頻領(lǐng)域中用于對音頻信號進行特定處理，以改善音質(zhì)、控制動態(tài)范圍等的專業(yè)設(shè)備 ，比如壓縮器可壓縮音頻信號的動態(tài)范圍，讓大聲部分變小、小聲部分變大，使整體音量更均勻 。 壓縮器、限制器和擴展器都屬于動態(tài)處理器，它們會改變信號的整體動態(tài)范圍（動態(tài)范圍指信號最響和最安靜電平的差值，信號高低電平差異大則動態(tài)范圍寬 ）。壓縮器和限制器原理相近但用途不同。
壓縮器特性（Compressors）
- 降低可調(diào)閾值以上信號的電平，避免大聲信號過響。
- 減小信號最高與最低電平的變化，壓縮動態(tài)范圍。
極端壓縮就是限制，限制器特點如下：
限幅器特性（Limiters）
- 限制可調(diào)閾值以上信號的電平，阻止高振幅信號通過。
- 由音頻信號中的峰值（如麥克風(fēng)掉落）觸發(fā)，快速反應(yīng)切斷信號，避免超閾值。
- 限制信號最高與最低電平的變化，限制動態(tài)范圍。
圖 4 - 11 展示了使用限制器后對信號的影響 。 （這些是音頻處理中控制信號動態(tài)范圍的關(guān)鍵設(shè)備，用于優(yōu)化音質(zhì)、保護設(shè)備等 ）
擴展器（更準確說是向下擴展器 ）（Expanders）
擴展器特性如下：
- 信號電平衰減會增大最高與最低信號電平的差異，擴大動態(tài)范圍。
噪聲門（Gates）特性
- 可用于自動關(guān)閉未使用的麥克風(fēng)。
圖 4 - 12 展示了應(yīng)用噪聲門對信號的影響 。
濾波器（Filters）
濾波器特性如下：
- 陷波濾波器（notch filter）衰減特定窄頻率范圍。
- 低通濾波器（low - pass filters）讓信號低頻成分通過，衰減高頻范圍。
- 高通濾波器（high - pass filters）讓信號高頻成分通過，衰減低頻范圍。
圖 4 - 13 展示低通和高通濾波器的工作效果 。
均衡器（Equalizers）
均衡器（EQs）是頻率控制設(shè)備，可提升（增加增益）或衰減（削減）特定頻率范圍。最簡單的均衡器是家用立體聲音響或環(huán)繞聲接收器上的低音和高音 tone 控制。基礎(chǔ)音頻調(diào)音臺輸入通道的均衡器，可能提供簡單的高、中、低頻控制。
在視聽領(lǐng)域，常見兩種音響系統(tǒng)均衡器：
圖形均衡器（Graphic equalizer）：常見的是 1/3 倍頻程均衡器，有 30 或 31 個滑塊調(diào)節(jié)，對應(yīng)特定固定頻率和固定帶寬，頻率以每 1/3 倍頻程為中心。眾多調(diào)節(jié)點可塑造系統(tǒng)整體頻率響應(yīng)，實現(xiàn)所需效果。因調(diào)節(jié)控件能大致直觀呈現(xiàn)頻率調(diào)整，故叫圖形均衡器。
參數(shù)均衡器（Parametric equalizer）：如圖 4 - 14 所示，比圖形均衡器更靈活。不僅能像圖形均衡器那樣提升和衰減，還可調(diào)節(jié)中心頻率和濾波器帶寬（常稱濾波器 Q 值 ）。許多音頻調(diào)音臺輸入端有簡單參數(shù)均衡器。 均衡器類型多樣，從簡單音色控制到全參數(shù)均衡器。有些調(diào)音臺結(jié)合固定和半?yún)?shù)控制。圖形和參數(shù)均衡器用于系統(tǒng)級調(diào)整，可作為獨立組件、內(nèi)建于音頻調(diào)音臺，或集成在數(shù)字信號處理器（DSP）單元中 。
延時器（Delays）
電子延時在擴聲應(yīng)用中常用。比如禮堂有樓座下方區(qū)域，正坐樓座下的觀眾，主揚聲器覆蓋差，會裝輔助揚聲器覆蓋。
主揚聲器和樓座下輔助揚聲器的電子音頻信號幾乎同時到達，但聲音從兩個位置傳到樓座下觀眾處時間不同，會有回聲。因聲音傳播速度約 343 米 / 秒（1125 英尺 / 秒 ），遠慢于電子音頻信號的約 150,000 千米 / 秒（90,000 英里 / 秒 ）。
這種情況下，對送往樓座下?lián)P聲器的音頻信號用電子延時，調(diào)整延時量，讓主揚聲器和輔助揚聲器的聲音同時到達觀眾處 。
數(shù)字信號處理（Digital Signal Processing，DSP）
音頻數(shù)字信號處理器是基于微處理器的設(shè)備，分析輸入的數(shù)字音頻流，對信號進行數(shù)學(xué)運算和轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)多種功能，包括：混音、自動電平控制、濾波、均衡、限制、壓縮 / 擴展、延時、變調(diào)、回聲消除、反饋抑制、時間處理、矩陣路由與混音、揚聲器處理 。
DSP 可集成到調(diào)音臺，也可作為獨立設(shè)備。獨立 DSP 有模擬輸入輸出，可銜接模擬設(shè)備，一個 DSP 能替代多個處理設(shè)備。部分 DSP 功能少，由前端面板控制；多數(shù)是多功能設(shè)備，需連外部控制系統(tǒng)配置編程 。
編程配置 DSP 常需外部計算機運行專有軟件，通過串口、USB 或以太網(wǎng)連接，也有 DSP 帶網(wǎng)頁界面，可通過瀏覽器配置。音頻 DSP 編程技能是視聽技術(shù)人員的寶貴資產(chǎn) 。
信號處理需時間，DSP 會給信號路徑引入延時（ latency ），用毫秒表示輸入輸出間隔。選 DSP 要考慮可能引入的信號延時 。
功率放大器（Power Amplifiers）
功率放大器是信號到達揚聲器前的最后一環(huán)設(shè)備，用于充分放大電子音頻信號，驅(qū)動揚聲器。通過提升信號增益（電壓和功率），將線路電平（約1V）提升到揚聲器電平，不同系統(tǒng)的揚聲器電平要求：
典型音箱系統(tǒng)：4V以上
分布式音箱系統(tǒng)：最高70V或100V
超大型場館：超100V
有些基礎(chǔ)放大器只有電源開關(guān)和輸入靈敏度控制，如今很多集成數(shù)字信號器、揚聲器保護邏輯及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控控制功能。理論上，放大器功率越大，信號放大越強，揚聲器發(fā)聲越響。
功率放大器與揚聲器用比話筒或線路電平更粗的多股線連接，線徑取決于放大器到揚聲器的距離及所需電流，揚聲器線纜無屏蔽，可能絞合也可能不絞合。
揚聲器線纜常用的連接器是Speakon連接器，專用于專業(yè)揚聲器連接。因堅固、耐用、可鎖定且易用，被廣泛應(yīng)用。
揚聲器（Loudspeakers）
擴聲中，揚聲器是電信號路徑的末端。麥克風(fēng)轉(zhuǎn)成電能、經(jīng)音頻系統(tǒng)處理的聲能，再由揚聲器轉(zhuǎn)回聲能。多數(shù)揚聲器有共性：聲學(xué)驅(qū)動器裝在封閉空間內(nèi)。揚聲器適用性取決于用途，包括：
通信：簡單公共廣播、內(nèi)部通話、疏散及警報系統(tǒng)、無線電通信。
擴聲：講座、演示、音樂表演、音樂會、戲劇制作、藝人返聽。
聲音重放：預(yù)錄素材（如音樂、影視原聲帶）播放。
揚聲器可設(shè)計為便攜或固定安裝型。
分頻器（Crossovers）
音頻頻譜涵蓋很寬的頻率范圍，無法制造單個聲學(xué)驅(qū)動器，精準且高效重放整個頻率范圍。解決方法是構(gòu)建多驅(qū)動器的揚聲器系統(tǒng)（如圖4-15），揚聲器箱含多個驅(qū)動器，每個覆蓋不同頻率范圍。
為讓每個驅(qū)動器僅處理能精準轉(zhuǎn)換的頻率，會用叫“分頻器”的電子分頻設(shè)備。分頻器可置于放大級前，為對應(yīng)驅(qū)動器提供合適信號；也可接放大器輸入，連至多驅(qū)動器揚聲器箱。很多低功率揚聲器箱會集成分頻器，無功率（被動）分頻網(wǎng)絡(luò)，可分割輸入信號頻率，傳至合適驅(qū)動器。
不同驅(qū)動器及對應(yīng)頻率范圍示例：
揚聲器靈敏度（Loudspeaker Sensitivity）
揚聲器的效率評級基于其將電能轉(zhuǎn)換為聲能的能力，類似麥克風(fēng)，這一評級叫“靈敏度”，指特定參考輸入電平下，揚聲器的聲輸出信號電平。相同參考信號驅(qū)動時，靈敏度高的揚聲器，聲能輸出比靈敏度低的高。
盡管揚聲器聲學(xué)效率差異大，但靈敏度并非衡量其聲學(xué)準確性的指標。揚聲器特定標準設(shè)計選用，應(yīng)用場景包括應(yīng)急通知、尋呼、語音擴聲、錄音室、體育場館、返聽、巡演音樂會、廣播、系統(tǒng)監(jiān)聽、音視頻會議、宗教場所、音樂重放等。在視聽系統(tǒng)中，難有其他設(shè)備像揚聲器這般，有多樣配置、價格，適配不同用途。
示例：揚聲器靈敏度規(guī)格“88dB/1W@1m”，意為輸入1瓦功率時，距揚聲器1米處，聲壓級（SPL）為88分貝。
揚聲器頻率響應(yīng)與極性模式（Loudspeaker Frequency Response and Polar Patterns）
對于揚聲器，和指向性麥克風(fēng)類似，整體頻率響應(yīng)在軸上（正前方）最佳。偏離軸線時，不僅聲級降低，頻率響應(yīng)也會改變。
標記“標稱擴散（覆蓋）模式”的揚聲器，該模式僅在有限的中高頻范圍有效。因低頻波長長得多，擴散快，控制低頻擴散模式需超大波導(dǎo)和箱體。
用圖形表示揚聲器指向性與頻率響應(yīng)關(guān)系的是“極坐標圖（polar plot）”，圖4-16展示了揚聲器極坐標圖示例。
揚聲器阻抗（Loudspeaker Impedance） 揚聲器有標稱阻抗評級，但阻抗隨頻率變化，該標稱值并非在整個頻率范圍都準確，多數(shù)揚聲器額定為4、8或16歐姆。 連接揚聲器時，需知曉接功放輸出端負載的總阻抗，了解總阻抗有助于：
音頻信號電平監(jiān)測（Audio Signal-Level Monitoring） 你已了解整個音頻信號路徑及涉及的信號電平（話筒、線路、揚聲器電平），現(xiàn)在需檢測并調(diào)整系統(tǒng)不同節(jié)點的信號電平確保其不過低或過高。檢查信號電平（Checking Signal Levels） 開啟系統(tǒng)功率放大器前，要檢查所有待使用的音頻調(diào)音臺通道，確保信號干凈。調(diào)整話筒前置放大器及調(diào)音臺、其他音頻設(shè)備中所有增益級電平，直至功率放大器，同時驗證無信號失真。 通常，借助調(diào)音臺內(nèi)置電平指示器檢查信號電平，并用耳機確認。注意：任何單個增益級都別調(diào)制最大，這樣能減少信號路徑引入的電子噪聲和失真，是良好操作習(xí)慣。
- 將功率放大器輸入調(diào)節(jié)調(diào)至最低。
- 緩慢調(diào)高功率放大器輸入調(diào)節(jié)，直到揚聲器達到所需聲壓級。
聆聽系統(tǒng)并監(jiān)測信號，確認無信號失真。這些操作有助于避免信號電平過低（導(dǎo)致信噪比差）和過高（導(dǎo)致失真）。模擬計量系統(tǒng)中，線路電平信號通常保持在0dBu（775mV）左右，正常使用時偶爾會超0dBu。數(shù)字信號計量中，電平絕不能超0dBFS（數(shù)字信號滿刻度），否則信號會被削波、失真。設(shè)備常至少有一個LED指示燈顯示信號電平狀態(tài)，部分LED燈隨信號接近/進入失真變色。標簽可能有
注意：讀設(shè)備手冊，助于正確操作、理解指示燈含義，紅閃LED常表示信號失真，務(wù)必讀手冊。平衡與非平衡電路（Balanced and Unbalanced Circuits）所有電路及連接線纜會產(chǎn)生電磁場，與其他電路、線纜（含視聽電路）相互干擾，噪聲會降低信號質(zhì)量，音頻系統(tǒng)中可能引入哼聲、嗡嗡聲、噼啪聲等。用主動平衡電路（圖4-17）可降噪，信號經(jīng)兩根相同平行線傳輸，稱平衡信號。接收端合并信號，增強強度且抵消雙導(dǎo)線拾取的外部信號（共模抑制）。音頻中盡可能用平衡電路，盡管成本高。音頻線中，兩信號導(dǎo)體常絞合，外裹接電地的屏蔽層，即屏蔽雙絞線（圖4-18）。低成本非平衡電路（圖4-19）中，信號經(jīng)單導(dǎo)線傳輸，無反向信號抵消外部干擾，線纜拾取的外部信號會出現(xiàn)在輸出。非平衡線纜的單導(dǎo)體外有屏蔽層，兼作回路，也叫單端電路。 無論平衡與否，線纜越長，受噪聲影響越大。非平衡線路傳輸距離和傳可用信號能力極有限。 判斷設(shè)備平衡/非平衡，看輸出/輸入，非平衡音頻設(shè)備和線纜通常有非平衡電路的連接器，每個信號僅對應(yīng)一個插腳或部分，加一個返回連接器。常見的有RCA（唱機插頭）和3.5mm（1/8英寸）插孔插頭。廣泛用于便攜設(shè)備和電腦的三段式3.5mm（TRS）插孔插頭，僅用于非平衡電路，實際傳輸兩個獨立非平衡信號（立體聲信號的左右聲道），加一條公共信號返回線。 平衡線路系統(tǒng)最常用的連接器是三芯XLR。這些常見連接器類型見（圖4-20）。 聲反饋是音頻系統(tǒng)中有 時出現(xiàn)的嘯叫或轟鳴音，由系統(tǒng)輸出反饋回輸入產(chǎn)生。通常是揚聲器輸出被麥克風(fēng)拾取，經(jīng)反復(fù)放大形成反饋環(huán)路，使系統(tǒng)不穩(wěn)定。麥克風(fēng)距揚聲器過近，或系統(tǒng)某處增益（音量）過高。都會引發(fā)反饋。 避免反饋的方法之一是合理放置麥克風(fēng)和揚聲器，控制反饋的最佳實踐包括：
- 揚聲器置于麥克風(fēng)前方，且實際可行的最大距離。
- 所有增益調(diào)至系統(tǒng)最佳效能所需的最低水平。
音頻系統(tǒng)應(yīng)用示例（Examples of Audio System Applications） 我們已完整回顧音頻信號鏈（從麥克風(fēng)到揚聲器），你也了解了各類信號電平、所用線纜，及音頻專業(yè)人士偏愛的電路類型（平衡電路）。現(xiàn)在要介紹幾種常見音頻系統(tǒng)應(yīng)用。擴聲或公共廣播（Sound Reinforcement or PA）
若無法以足夠聲學(xué)電平（未放大時 ）聽到聲音，就用麥克風(fēng)、音頻調(diào)音臺、信號處理器、功率放大器和揚聲器，電子放大聲源，讓你聽到并傳給更大 / 更遠的受眾。
一般來說，擴聲分音樂擴聲和語音擴聲兩類。現(xiàn)場制作中，擴聲系統(tǒng)常被稱為 PA（公共廣播 ）系統(tǒng)，最初指簡單語音擴聲系統(tǒng)。依音樂內(nèi)容，音樂擴聲系統(tǒng)可能需覆蓋大部分可聽頻譜，故多為全帶寬系統(tǒng)，能重放寬頻率范圍和高聲壓級。語音擴聲系統(tǒng)用于受眾無法聽清未放大演講者的場景，因人類語音帶寬有限，這類系統(tǒng)無需設(shè)計成全帶寬。
減混響（Mix-Minus）
“減混響” 系統(tǒng)是一種特殊擴聲系統(tǒng)，會刻意省略完整混音中的某些元素。當揚聲器和麥克風(fēng)距離過近，極可能引發(fā)系統(tǒng)反饋時，常使用該系統(tǒng)。比如會議中，參會者和演講者的聲音需被聽到，麥克風(fēng)與各組揚聲器需精心分配、混音，這給系統(tǒng)穩(wěn)定運行帶來挑戰(zhàn) —— 若 live 麥克風(fēng)靠近放大其信號的揚聲器，就會產(chǎn)生反饋。對于需要本地 “返聽” 揚聲器的音樂家和歌手而言，用減混響?zhàn)佀鸵埠艹Ｒ姡茏屗麄兟牭阶约杭安糠制渌麡肥值穆曇簟?/p>
做法是為每個揚聲器或揚聲器組（稱 “揚聲器區(qū)” ）創(chuàng)建獨立聲音子系統(tǒng)。“減混響” 即每個子系統(tǒng)混音時，減去（或排除 ）可能引發(fā)本地回聲或反饋的麥克風(fēng)信號。
內(nèi)部通話與尋呼系統(tǒng)（Intercom and Paging System）
內(nèi)部通話系統(tǒng)（Intercoms）
內(nèi)部通話系統(tǒng)是用于人員或房間間通信的音響系統(tǒng)，通常（非絕對 ）用于同一建筑或建筑群內(nèi)。一般包含帶本地（個人 ）站的中央單元，也可含多個衛(wèi)星或遠程站，提供類似電話的雙向通信。尋呼系統(tǒng)（Paging systems） 尋呼系統(tǒng)僅用于單向通信，常向大量受眾傳遞信息。可簡單如超市臨時廣播，也可復(fù)雜如生命威脅場景的應(yīng)急通知系統(tǒng)，重點是覆蓋范圍和可懂度。播放系統(tǒng)（Playback Systems） 播放系統(tǒng)類似音樂擴聲系統(tǒng)，但不用麥克風(fēng)，僅播放預(yù)錄素材和數(shù)據(jù)流的音頻部分。設(shè)計良好的單個音頻系統(tǒng)，常用于語音擴聲、音樂擴聲和播放功能。音頻會議和視頻會議音頻系統(tǒng)（Audioconferencing and Audio for Videoconferencing） 會議，尤其是音頻會議，是不同地點的人群之間開展的溝通。根據(jù)參會群體的規(guī)模，多麥克風(fēng)音頻會議模塊可放置在參會者之間的桌面上，也可懸掛在他們頭頂?shù)奶旎ò迳稀４笮蛥后w可能需要在桌面上安裝多個獨立麥克風(fēng)，作為更龐大的集成視聽系統(tǒng)的一部分。音頻會議系統(tǒng)通常包含基于數(shù)字信號處理（DSP）的聲學(xué)回聲消除、噪聲門和電平壓縮技術(shù)。這類系統(tǒng)還可能具備語音增強、輔助信號源輸入、流媒體傳輸和播放功能。 視頻會議音頻系統(tǒng)通常是為支持視頻會議而設(shè)計的音頻會議系統(tǒng)的一種形式，主要區(qū)別在于麥克風(fēng)的布置更為隱蔽。 在幾乎所有其他類型的音頻系統(tǒng)中，盡量降低背景噪聲都很重要。而對于聲音掩蔽（也叫語音隱私）系統(tǒng)而言，會刻意將背景噪聲引入環(huán)境，以此降低遠處對話的可懂度，進而助力實現(xiàn)語音隱私。該聲音掩蔽系統(tǒng)還有助于減少由其他噪聲（比如機械系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲以及外部交通噪聲）引發(fā)的干擾。章節(jié)回顧（Chapter Review）
在本章中，你學(xué)習(xí)了聲音傳播的基礎(chǔ)知識、聲波的頻率和波長、諧波、分貝以及聲學(xué)環(huán)境。以這些知識為基礎(chǔ)，你了解了如何將聲音的基本原理應(yīng)用到用于放大語音、音樂和其他音頻的電路路徑中。
電聲信號鏈，從始至終，涵蓋了從麥克風(fēng)到調(diào)音臺、處理器再到揚聲器的所有設(shè)備。音頻系統(tǒng)中的每個設(shè)備都有不同的特性和特點，視聽專業(yè)人員會根據(jù)客戶需求進行選擇。
